In vivo Untersuchung eines neuartigen Scaffolds aus Polymerfasern und einem Hydrogel für den Sehnenersatz im Kaninchenmodell

Abstract

Sehnenverletzungen sind häufige Verletzungen des muskuloskelettalen Systems, welche aufgrund möglicher Komplikationen während des Heilungsprozesses eine therapeutische Herausforderung bieten. Hierbei können Adhäsionen der Sehne mit dem umliegenden Gewebe, sowie Rerupturen der Sehne entstehen. Im klinischen Alltag hat sich die primäre Sehnennaht als therapeutischer Goldstandard etabliert. Sollte diese allerdings versagen oder der Defekt zu groß für eine Adaptation durch eine primäre Sehnennaht sein, kann eine Rekonstruktion mittels Sehnenersatz notwendig werden. Hierfür stehen prinzipiell autologe Sehnen oder biologische oder synthetische Sehnenersatzmaterialien zur Verfügung. Bisher hat sich allerdings kein Sehnenersatzmaterial als zufriedenstellend erwiesen. Deshalb sollte in der vorliegenden Untersuchung ein neu entwickeltes Scaffold aus ultrahochmolekularem Polyethylen und einer Ummantelung aus Polyvinylalkohol hinsichtlich seiner biomechanischen Eigenschaften und seiner Biokompatibilität untersucht werden. Hierfür wurden n=10 Scaffolds in einem in vitro Versuch mittels Materialprüfmaschine biomechanisch untersucht. Weiterhin sollte die Biomechanik und Biokompatibilität in einem in vivo Versuch beurteilt werden. Hierfür wurde eine randomisierte kontrollierte Studie im Kaninchenmodell gewählt. Bei den n=9 Tieren der Versuchsgruppe wurde das zu testende Scaffold in einen 5mm großen Defekt der Achillessehne implantiert. Bei den n=9 Tieren der Kontrollgruppe wurde eine Tenotomie mit anschließender primärer Sehnennaht durchgeführt. Nach einem Heilungszeitraum von 3 Monaten erfolgte ein biomechanische, makroskopische, histologische und immunhistochemische Auswertung. Das Scaffold zeigte in der biomechanischen Auswertung zwar typische viskoelastische Verhaltensweisen, unterschied sich jedoch signifikant von den nativen Achillessehnen der Kaninchen. Die operierten Achillessehnen beider Gruppen zeigten nach der Einheilungszeit eine belastbare regenerierte Sehne, welche die Reißkraft der nativen Sehnen erreichten. Unter Berücksichtigung des Durchmessers zeigten sich jedoch signifikante Unterschiede in der Reißfestigkeit zwischen der Versuchsgruppe und den nativen Sehnen. In der Auswertung der Makroskopie, Histologie und Immunhistochemie zeigten sich in den Sehnen der Versuchsgruppe Dislokationen des Scaffolds, sowie das Auftreten von Entzündungszeichen und eine schlechte Zellorganisation der regenerierten Sehnen. In der unmittelbaren Umgebung des Scaffolds zeigten sich zwar keine Adhäsionen, jedoch zeigte sich eine schlechte Integration des Scaffolds in die regenerierte Sehne und eine schlechte Zellinfiltration. In Zusammenschau der Ergebnisse wiesen die dislozierten Scaffolds, sowie der vergrößerte Defekt und eine Atrophie des M. gastrocnemius auf eine Reruptur der Achillessehne bei einigen Tieren hin. Das gebildete Sehnenregenerat kann in diesen Fällen möglicherweise auf ein hohes Regenerationspotential der Kaninchen zurückgeführt werden. Bezüglich der Biokompatibilität zeigten sich im vorliegenden Versuch eindeutige Hinweise auf eine entzündliche Reaktion, obwohl Polyethylen und Polyvinylalkohol bereits in einigen in vivo Studien als biokompatibel beschrieben wurden. Die Antiadhäsive Wirkung von Polyvinylalkohol konnte in der vorliegenden Studie zwar bestätigt werden, jedoch könnte dies ursächlich für eine schlechtere Zellinfiltration und damit Integration des Sehnenersatzmaterials in die regenerierte Sehne sein. Insgesamt ist deshalb für die weitere Entwicklung noch eine Optimierung des Scaffolds erforderlich.